[发明专利]一种MEMS陀螺仪的输出反馈控制方法和装置

权利要求书

1.一种MEMS陀螺仪的输出反馈控制方法，其特征在于，包括：

构建考虑外部干扰的MEMS陀螺动力学模型；

根据所述MEMS陀螺动力学模型构建用于估计不可测速度信号的滑模观测器和用于估计外部干扰的扰动观测器；

构建输出反馈控制器；

采用所述滑模观测器、所述扰动观测器和所述输出反馈控制器来驱动所述MEMS陀螺动力学模型；

其中，所述构建考虑外部干扰的MEMS陀螺动力学模型，包括：

考虑外部干扰的MEMS陀螺动力学模型为：

式(1)中，x和y分别为MEMS陀螺仪检测质量块沿驱动轴和检测轴的位移，为x的一阶导数，为x的二阶导数，为_y的二 阶导数，为_y的一 阶导数，c_xx和c_yy为阻尼系数，k_xx和k_yy为刚度系数，c_xy和c_yx为阻尼耦合系数，k_xy和k_yx为刚度耦合系数，Ω为陀螺输入角速度，k_d1＞0和k_d2＞0为扰动参数，d₁和d₂分别为驱动轴和检测轴上的外部干扰，u₁和u₂分别为驱动轴和检测轴上的控制输入；

定义和则式(1)变形为：

式(2)中，为θ的一阶导数，为θ的二阶导数。

2.根据权利要求1所述的MEMS陀螺仪的输出反馈控制方法，其特征在于，所述根据所述MEMS陀螺动力学模型构建用于估计不可测速度信号的滑模观测器和用于估计外部干扰的扰动观测器，包括：

定义z₁＝θ，则式(2)的严格反馈形式为

式(3)中，是z_i的一阶导数；

为估计不可测速度信号z₂，设计滑模观测器为

其中，是z_i的估计，是的一阶导数，α_i＞0和β_i＞0是待设计的参数；

为估计外部干扰D，设计扰动观测器为

其中，为待设计参数矩阵，满足Hurwitz条件；ψ表示中间变量，是_ψ的一阶导数，是D的估计。

3.根据权利要求2所述的MEMS陀螺仪的输出反馈控制方法，其特征在于，所述构建输出反馈控制器，包括：

定义跟踪误差为

e＝θ-θ_d (6)

其中，为参考信号；

定义滑模面为

其中，为待设计参数矩阵，满足Hurwitz条；是e的一阶导数；

使用滑模观测器估计值，滑模面为

其中，是θ_d的一阶导数，是s的估计；

设计输出反馈控制器为

其中，为待设计参数矩阵，满足Hurwitz条件；是θ_d的二阶导数。

4.根据权利要求3所述的MEMS陀螺仪的输出反馈控制方法，其特征在于，所述采用所述滑模观测器、所述扰动观测器和所述输出反馈控制器来驱动所述MEMS陀螺动力学模型，包括：

采用式(4)示出的滑模观测器、式(5)示出的扰动观测器和式(9)示出的控制器驱动式(1)示出的MEMS陀螺动力学模型。

5.一种MEMS陀螺仪的输出反馈控制装置，包括处理器和计算机存储器，其特征在于，所述计算机存储器中包括：

MEMS陀螺动力学模型构建单元，用于构建考虑外部干扰的MEMS陀螺动力学模型；

滑模观测器和扰动观测器构建单元，用于根据所述MEMS陀螺动力学模型构建用于估计不可测速度信号的滑模观测器和用于估计外部干扰的扰动观测器；

控制器构建单元，用于构建输出反馈控制器；

以及驱动单元，用于采用所述滑模观测器、所述扰动观测器和所述输出反馈控制器来驱动所述MEMS陀螺动力学模型；

其中，所述MEMS陀螺动力学模型构建单元，包括：

考虑外部干扰的MEMS陀螺动力学模型为：

式(1)中，x和y分别为MEMS陀螺仪检测质量块沿驱动轴和检测轴的位移，为x的一阶导数，为x的二阶导数，为y的二 阶导数，为y的一 阶导数，c_xx和c_yy为阻尼系数，k_xx和k_yy为刚度系数，c_xy和c_yx为阻尼耦合系数，k_xy和k_yx为刚度耦合系数，Ω为陀螺输入角速度，k_d1＞0和k_d2＞0为扰动参数，d₁和d₂分别为驱动轴和检测轴上的外部干扰，u₁和u₂分别为驱动轴和检测轴上的控制输入；

定义和则式(1)变形为：

式(2)中，为θ的一阶导数，为θ的二阶导数；

其中，所述MEMS陀螺动力学模型构建单元、所述滑模观测器和扰动观测器构建单元、所述控制器构建单元以及所述驱动单元均作为程序单元存储在计算机存储器中，由处理器执行存储在计算机存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。